[发明专利]膝关节假体股骨部件与股骨的拟合方法及机器人手术系统

权利要求书

1.一种膝关节假体股骨部件与股骨的拟合方法，该股骨部件作为植入物形成有与股骨远端接合的第一～五面(A、B、C、D、E)，当所述股骨部件与所述股骨远端接合成对齐状态时，满足以下约束条件：

Ⅰ)所述股骨的机械轴(HK)垂直于所述植入物的第三面(C)；

Ⅱ)经股骨上髁轴(TEA)平行于所述植入物上的第一连线(P1P2)，该第一连线是所述第二面(B)与所述第三面(C)的交界线与相应的面边缘之间的交界点(P1、P2)之间的连线；

Ⅲ)在后髁截骨后，外侧后髁点(LP)和内侧后髁点(MP)属于由所述第一面(A)形成的平面；

Ⅳ)膝盖中心(K)属于将所述植入物中间空白区域(N)二分并垂直于所述第一连线的平面；和

Ⅴ)在膝关节截骨后，所述股骨的内侧远端髁点(MD)和外侧远端髁点(LD)属于由所述第三面(C)所形成的平面，

其特征在于，包括如下步骤：

1)在计算机装置中生成所述股骨的三维图像模型，基于所述股骨上的特征点的位置信息，建立股骨坐标系，

其中，所述特征点选自：外侧后髁点(LP)、内侧后髁点(MP)、膝关节股骨中心(K)、外上髁(LE)、内上髁(ME)、外侧远端髁点(LD)、内侧远端髁点(MD)、髋部中心(H)；

2)获取植入物坐标系，设要向所述股骨坐标系转换的植入物坐标为X；

3)基于所述约束条件，求解所述股骨坐标系与所述植入物坐标系之间的转换矩阵F(x)＝Q+TX，得出旋转向量T、平移向量Q，

其中，T是3×3矩阵，允许在上述约束条件下从所述植入物坐标系到所述股骨坐标系的向量转换；Q是3×1向量，表示必要的平移用以匹配所述股骨的点和植入物面。

2.根据权利要求1所述的拟合方法，其特征在于，

选择等于所述经股骨上髁轴(TEA)的单位方向向量U₁的所述第一连线(P1P2)的单位方向向量V₁，以使得所述第一连线(P1P2)平行于所述经股骨上髁轴(TEA)；

选择等于表示所述股骨机械轴的线(HK)的单位方向向量U₂的到所述植入物的所述第三面(C)的单位法向量V₂，以使得所述股骨的机械轴垂直于所述第三面(C)；

设V3＝V₁×V₂，U₃＝U₁×U₂，

由此，定义并求取转换矩阵T＝Ui·Vi^-1，

其中，Vi是指所有的V向量，Ui是指所有的U向量，i＝1，2，3…n，n为自然数。

3.根据权利要求2所述的拟合方法，其特征在于，

通过定义代表所述植入物的充分平移的三个未知数的方程组，确定平移向量Q。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的拟合方法，其特征在于，

所述特征点提取自股骨的CT图像或MRI图像。

5.一种机器人手术系统，包括用于协助截骨定位及截骨的机械手末端，用于建立股骨坐标系的计算机装置，用于获取拟植入人体的植入物的植入物坐标系的数据采集装置，

其特征在于，通过执行根据权利要求1-4中任一项所述的拟合方法，得出旋转向量T、平移向量Q，

所述机械手末端基于所得出的旋转向量T、平移向量Q，将所述植入物植入股骨远端。

6.权利要求1所述的机器人手术系统，其特征在于，

所述数据采集装置包括双目光学相机、配准探针、靶标。